10.4 常用同步方案 1在线视频

接下来呢

我们来介绍一下

业界最常用的两种同步方案

一个是帧同步

一个是状态同步

好现在我们来分别

针对于一致性这个问题来看看

帧同步怎么样去处理的

我们来看看这两个Craft游戏

这两个游戏其实在当年

什么叫做网吧的黄金年代

可能大家没有经历过我经历过的

就那个时候可能个人电脑普及的比较慢

大家都没有电脑买不起

然后去网吧上网

那么在网吧里面大家玩什么的

都是玩这两个游戏

然后就他们采用的方案就是典型的帧同步

他们当时叫做锁步同步

然后呢

它们有个特点

就是如果玩过的同学就会知道

当有一个人掉线了

卡住了其他所有人都会等它

等它恢复之后游戏继续进行下去

这是当时我们的一个痛点大家都很痛恨

所以卡住了

然后大家都玩不了的

现在我们去玩王者

大家发现如果一个人网络不好对吧

他不好

并不影响我们自己的游戏对不对

于是

我们其实对帧同步进行一个改进

这就是所谓的现代帧同步和古典帧同步

后面我们有一个讨论

来讨论现代帧同步和古典帧同步

它们之间的一些区别

那么我们接下来看什么是帧同步

我借鉴一个游戏就龟兔赛跑

这是个寓言故事

我把游戏规则稍微改了一下

它的规则是什么样的

就是

这龟和兔呢

它不能随便动

它只有当裁判

我们现在有裁判吹着口哨

哎

这个龟兔才能够进行一次操作

它这次操作

可以是根据它的本身的特性

移动多少步比如龟可能慢点

兔快点对吧

但是它必须要在裁判吹口哨的时候

才做一次操作

因为我吹不出口哨

我就用响指表示吧

我们现在看看线下版本

那它线下版本

有一个规划

一个龟一个兔它们在赛跑

那我先打个响指

它们就移动了一步对吧

根据各自的速度往前移动一步

这个时候可能龟移的快点

兔子觉得这乌龟比较弱鸡

所以就先慢慢的走

然后又打个响指

它们又各自移动一步

这个时候兔子赶上乌龟了对不对

然后最后再打个响指

它们又移动的一步

它们差不多

这是一个线下版本

我们要将这样一个简单的游戏

把它做成一个线上版本

就是做成网游版本

那么做一个网游版本

必然就会有乌龟和兔子有各自的客户端嘛

对不对

上面是乌龟的客户端

下面是兔子的客户端

我们为了使两个客户端看起来画面是一样

于是呢

我们需要在乌龟的客户端里面

有个兔子的镜像

然后在兔子客户端里面

有个乌龟的镜像对吧

那么我们怎样让它们同步下去呢

我们继续遵循上面的规则

我们其实只需要

再下一次打响指之前

我们将龟和兔

它们各自即将要走的操作

同步给对方就可以了

比如说

我这个乌龟即将要移动

距离三

兔子即将要移动距离二

同步给对方同步给各自的镜像了

打个响指

它们就按照预定的这个操作进行移动

这个时候我们发现

两个客户端看起来一致

对不对

如法炮制

我们就会发现下面每一次

打响指之后

两个客户端看起来都是一致的

然后如法炮制

来看

一样一致那么

于是我们通过这种方式

让两个客户端保持了同步了

我刚刚打响指

可能打的速度不均匀

随便打的

那如果我们假设这个打的速度要均匀

而且频率非常快

固定是30Hz或者60Hz

会怎么样呢

于是我们就会得出

帧同步是什么意思呢

其实就是以固定的帧率同步玩家

下一帧的操作的一种同步方式很简单吧

这就是帧同步的一个本质

一个核心的一个思想

那么它的基本原理我也给大家介绍一下

那我就拿这个正弦函数举例

因为这个函数非常熟悉

那对于这个函数来讲

X轴和Y轴

假设这个函数X输入

fx是输出

如果我们给它一个输入一个输入1

那么它一定是有确定输出1

比如说这个是大概是一点几几对不对

它不可能两个输出

但是有一个输出吧

对不对

于是我们只要给它一个确定的输入

那么它必然会有个确认的输出

这是一个数学原理

那么我们来看

如果我们有两个函数

一样的函数两个函数一模一样

它们的参数也是一样的

函数逻辑也是一样的

都是sin函数

那么我们给它一个相同的输入

比如输入是相同的它们输出怎么样

显而易见

它们是有相同的输出的

这就是一个很简单的一个数学的一个原理

我们来回顾一下

我们前面刚刚说过的游戏程序

分层结构

我们可以将这个游戏的核心逻辑模块

看成一个函数

然后呢

将这个游戏的输入模块

看作这个函数的输入

那么输出控制模块

很显然就是这个函数输出了对吧

那么输出模块是什么呢画面

那么我们来看一下它这样一个结构图

这个结构图里面有三个关键点

其一就是这个等于号

它们的核心逻辑是相同的

然后呢

第二个关键点是它们具有当前状态

就是它们的一些参数相同的

然后第三个就它们输入是相同的

那么这样我们就可以得到它们的输出

也是可以同步的

那么

我们在前面那个图里面

这个书里面说时间之外

当然还包括我们好多其他的输入法

比如说各种操作

点击移动等等这些东西

那么所有这些东西我们已经知道了

那么我们来拿讨论怎样让这些东西

在两个客户端之间保持一致

这个时候我们就得要去介绍

有东西叫帧同步服务器

那么

帧同步服务器是什么样的一个原理呢

它其实是将时间在服务器上面

被拆分成相等的

一段一段的它其实就像一辆列车

像一列时间很长的列车一样

那么每一时间段就是这个列车

上面一个车厢

这个车厢呢

只有最近这个车厢的门是开的

其他车厢的门是不能开的

比如这个车厢的门是开的

最近一个时间段的车厢

而客户端的他们的各自的输入

它并不会直接

传递给它们的逻辑模块

而是透过客户端发送给服务器

然后就被服务器

当前开着门的这一节车厢给装进去了

那装上去之后

那么随着时间的流逝

下个时间段即将到来

再下个时间段到之前

就会将当前时间段的车厢里面的

所有的这些玩家的操作

把它同时发送给两客户端

我们可以通过一个动图来看一下

这是一个我们精心制作一个动图

你看

在动图里面

服务器将时间拆分成一段一段的

每段都有编号

然后客户端的逻辑

它是由服务器的帧驱动的

客户端平时不动的

那服务器的帧到了后才动一下

并且这个帧里面有些帧里面是

没有包含任何操作的

有些帧里面是包含操作的

客户端把操作发给了这个帧

装起来是15号都装下了

装起来之后

这个操作同时发出了两个客户端

常用这个动图

大家比较好

直观的去理解

刚才那个原理

我们可以做个实验

大家可以算一下这个函数

sin15

就算这样一个函数

如果大家有安卓手机

有ios可以算一下

你会发现

它们结果是不一样的

它们不仅精度不一样

你看他们在还没有到达精度的终点

它们在之前这里已经不一样了

这是一个在Windows平台

和IOS平台上面算的结果

假如我同样一个程序

比如说拿了个计算器

你用同样语言写就比如说

我就用C++和java写

在Windows跑和在ios跑

它们结果

其实也是不一样的

为什么不一样呢

是因为浮点数的计算

其实在CPU里面是有一个专门的单元

来处理的就是FPU

那么

每个设备FPU是不一样的

它们的内部精度是不一样的

所以它们算出来结果

其实就是不一样的

那么我们在游戏中

又不得不使用过的小数吗

对吧

那我们怎么办呢

其实大家不用担心

因为在FPU

FPU被发明之前得很早的时候

我们科学家其实也有需要去进行

各种小数的计算对不对

它们怎么做呢

它们是用定点数做的

什么是定点数

它其实就是用一个整数的运算

来模拟小数的运算

它其实就是将一个整数把它分了几部分

它分了一部分

比如说把最高的一位作为符号位

我们都知道是吧

零是正一是负数

然后的三十到十这一部分的位

给它表示一个小数的整数部分

那么后面应该表示这个小数的小数部分对吧

那通过这种方式

我们就能够再基于这样一种数字

数字的表达

我们来实现基于它的四则运算加减乘除

然后把加减乘除实现完之后呢

我们还是要实现开方运算以及超越函数

最后

我们需要实现基于定点数的随机函数

那么

除此之外

我们还有什么其他的方式

来得到一致的逻辑以及一致的状态的

那么

其实经过我们的工作经验的积累

我们经过了艰辛

数不清的bug各种经验

最后

我们得出这么几点

第一

第一部分我们必须要保证版本一致对吧

如果两个版本不一样

那必然是不可能得到一致性的逻辑对不对

然后我们需要不能依赖外部的

不确定的外部逻辑

哪怕你内部逻辑再怎么确定性

结果你不小心掉到一个外部的逻辑

结果你也不确定呢

对吧

还有一个限制外部逻辑

对我这个核心逻辑的调用

因为你也不知道

两个客户端的外部逻辑不一样了

那对核心我就要调用时机可能不一样

对不对

对不对

还有谨慎使用多线程

因为多线程的调度是由操作系统来决定的

而你的操心的不仅运行你

还会运行别的程序

两个手机的操作系统

运行别的程序是不一样的

于是就不能写多线程

或说你可以用一些其他的方式来实现

需要谨慎使用多线程

那么接下来

我们来讨论一个问题

就是如果你和别人去玩一个游戏

当你的网络卡了

你掉线了

你希望别人等你吗

那你和别人玩游戏

玩王者吧

然后你掉线你卡了

你说别人不动

等你等你恢复了再玩吧

大家都可能如果都会想是吧

让他等一下给我回复了

再玩

那么如果换了别人

如果别的网络卡了

那你希望别人等你吗

你需要你等别人吗

那肯定是不希望自己等别人对不对

对不对

那么就牵扯到一个问题

就当一个人网络卡住了

我们应该怎么办

这些就是一个古典帧同步

和现代帧同步的一个区别

对于古典帧同步来讲

比如说这客户端太卡是不是

他卡了

我不让它卡

必须让大家都在同一起跑线上

于是我们就会等他给他加几个凳子

让大家保持一致

你卡我们必须让你和我们有一样的体验

大家体验一样的看球一样的对吧

那么现在就不一样了

因为现在我们大家发现

大家都很关注个人体验

觉得个人体验爽就好了

不管别人怎么样对不对

那别人如果网络卡了

是他自己网络不好

于是现在帧同步让你卡了

你就看不到它了

大家体验是不一样的

只有现在帧同步

那我目前来讲

我们根据游戏的类型不一样

可能选择不同的方法去进行帧同步

那么接下来我们要给大家介绍一下

帧同步的优点和缺点

我们来看一下这个图中有两个大星号

为什么要用星号标起来

这其实想让大家注意一下

你看这个核心逻辑

有一半是黑

一半是灰的

就是说明它逻辑其实是不完整的

我们前面在介绍帧同步原理的时候

我们为了让帧同步

这个原理达成

所有客户端必须要运行完整的逻辑

我不能只运行我自己的逻辑

我必须运行所有人逻辑

那既然如此

每个客户端都运行着自己的完整逻辑

那么服务器

它就不需要核心逻辑对不对

于是服务器干嘛呢

它只需要进行收包或转发就可以了

它不需要运行逻辑

它只需要收包转发就可以了

于是我们就可以得到这样一个结果

就是无论这个逻辑再怎么复杂

无论从逻辑复杂的逆天了

客户端复杂服务器很简单

就收包转发收包转发是不是

那么由此我们可以得到它一个优点是什么

就是服务器逻辑很简单

对不对

因为服务器逻辑很简单

负载就很低

那服务器

研发周期整个研发周期会缩短

因为我开发的时候

我只需要关心客户端逻辑

那么大家缺点什么缺点呢

就是前面也说过了

反外挂问题很严峻

因为客户端它具有所有逻辑

包括那些

比如说我玩王者时候

那么有些人在视野范围之外的

一些逻辑其实还跑对吧

那我通过外挂让它显示出来

那没办法就出现反而挂的问题

而且这种外卦你还反不了

非常严峻

我们再来看一下这个动图

在这个动图里面

客户端逻辑是完全由服务器驱动

如果这个服务器没帧

下发客户端来驱动客户端的

时间往后面流动

如果由于网络的原因

网络断了

造成客户端收不到服务器的帧

那么这个时候其实客户端就不动了嘛

对不对就卡住对吧

那么

从另一个角度讲

由于客户端的唯一的输入

唯一的输入都来自于服务器

并且这个输入是一致的包括时间和和操作

使得客户端

它们之间具有很强很强的一致性

让它们一致性非常强

并且

我们的逻辑无论再怎么复杂

很复杂逻辑

但是你在玩的时候

你只有十个手指对不对

你只能操作你只有这么操作

你每一个

比如说我在一秒里面

我只能够点十次不能再多了

于是逻辑再怎么复杂

其实你的输入的量是非常少的

无论逻辑怎么复杂

那么基于这些

我们可以得到它的对比优缺点

但是还有一点

那么就是

帧同步我们前面看了龟兔赛跑时候

它其实它的每一步的正确同步与否

又取决于上一步对吧

上一步必须要同步

我这一步才能够这一步正常的同步

但是

如果我们不小心

在第二帧比如第二帧我发生了错误

那么这个错误可能发生了

但其实上

你通过观察后通过一些其它的检测方式

来检测到这个错误

我发现这个错误其实可能已经过了好久了

你可能在第九帧我们才发现这个错误

那这个时候对于错误的定位

和解决也是非常困难的

因为时间是不能倒流的

你在这个在这一帧你发现的错误

那你几个错误你得知道错了源头是不是

但时间也不能倒流

于是你想去定位这个源头其实是很难的

那它带着一对优缺点是什么

优点就是一致性很高

而且它的同步流量很小

那么同步流量小带宽成本就小

然后它缺的就是

它对网络延时等敏感度非常高

网络只要稍微有延时就卡

然后它的一些不同的问题

非常难以定位和解决

那么

除了前面的两对优缺点之外

那么后面还有一个优缺点

什么呢

它天然支持观战录像后回放

那么它有缺点

就是单局规模受限

为什么会有这一堆缺点的这个问题

可以留给大家在课后去思考

为什么会有还会有这一对优缺点

根据前面的优缺点

我们可以得知它应用场景

首先适合单据规模适中的

但又不能太大

然后不能中途加入角色

然后它的时间要求比较高

那我比如说像ACT类比较适合用帧同步

比如像格斗类纯格斗类

比较适合用这个帧同步

比如说像体育类

然后再就是像RTS这种

还有ARTS也就是moba